حاسبة MLVSS لعملية معالجة مياه الصرف الصحي

احسب المواد الصلبة العالقة المتطايرة في الحمأة المختلطة (MLVSS) لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي باستخدام نسبة TSS و VSS أو طرق FSS. ضروري لمراقبة وتحكم عملية الحمأة المنشطة.

حاسبة MLVSS

احسب المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الحمأة المختلطة (MLVSS) لعمليات معالجة مياه الصرف الصحي

معلمات الإدخال

mg/L
%

النتائج

نسخ إلى الحافظة
0.00 mg/L

صيغة الحساب

باستخدام طريقة نسبة VSS

MLVSS = TSS × (VSS% ÷ 100)
MLVSS = 0.00 × (0.00 ÷ 100)
MLVSS = 0.00 × 0.0000
MLVSS = 0.00 mg/L

ما هو MLVSS؟

تعتبر المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الحمأة المختلطة (MLVSS) معلمة رئيسية في معالجة مياه الصرف الصحي تمثل الجزء العضوي من المواد الصلبة المعلقة في خزان التهوية.

يستخدم MLVSS لتحديد كمية الكتلة الحيوية النشطة في النظام، وهو أمر بالغ الأهمية لمراقبة والتحكم في عمليات المعالجة البيولوجية.

يمكن حساب MLVSS إما باستخدام نسبة VSS من TSS أو عن طريق طرح المواد الصلبة المعلقة الثابتة (FSS) من إجمالي المواد الصلبة المعلقة (TSS).

📚

التوثيق

حاسبة MLVSS لمعالجة مياه الصرف الصحي

المقدمة

تُعتبر حاسبة المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الخلط (MLVSS) أداة أساسية لمشغلي محطات معالجة مياه الصرف الصحي، والمهندسين البيئيين، والباحثين الذين يعملون مع عمليات الحمأة المنشطة. تمثل MLVSS الجزء العضوي من المواد الصلبة المعلقة في خزانات التهوية وتعتبر من المعايير الحيوية لمراقبة كفاءة المعالجة البيولوجية. توفر هذه الحاسبة طريقة بسيطة ودقيقة لتحديد قيم MLVSS بناءً على تركيز المواد الصلبة المعلقة الكلية (TSS) ونسبة المواد الصلبة المعلقة المتطايرة (VSS%)، أو TSS وقياسات المواد الصلبة المعلقة الثابتة (FSS).

تساعد مراقبة MLVSS بشكل صحيح في تحسين عمليات المعالجة، وتقليل التكاليف التشغيلية، وضمان الامتثال لمعايير جودة المياه المخرجة. من خلال الحفاظ على مستويات MLVSS المناسبة، يمكن لمرافق معالجة مياه الصرف الصحي تحقيق إزالة المغذيات البيولوجية المثلى، وتقليل إنتاج الحمأة، وتعزيز الأداء العام للمعالجة.

طرق حساب MLVSS

يمكن حساب MLVSS باستخدام طريقتين رئيسيتين، وكلاهما مدعوم من قبل هذه الحاسبة:

طريقة نسبة VSS

تقوم الطريقة الأولى بحساب MLVSS باستخدام تركيز المواد الصلبة المعلقة الكلية (TSS) ونسبة المواد الصلبة المعلقة المتطايرة (VSS%):

MLVSS=TSS×VSS%100\text{MLVSS} = \text{TSS} \times \frac{\text{VSS\%}}{100}

حيث:

  • MLVSS = المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الخلط (ملغ/لتر)
  • TSS = المواد الصلبة المعلقة الكلية (ملغ/لتر)
  • VSS% = نسبة المواد الصلبة المعلقة التي هي متطايرة (%)

طريقة FSS

تقوم الطريقة الثانية بحساب MLVSS عن طريق طرح المواد الصلبة المعلقة الثابتة (FSS) من المواد الصلبة المعلقة الكلية (TSS):

MLVSS=TSSFSS\text{MLVSS} = \text{TSS} - \text{FSS}

حيث:

  • MLVSS = المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الخلط (ملغ/لتر)
  • TSS = المواد الصلبة المعلقة الكلية (ملغ/لتر)
  • FSS = المواد الصلبة المعلقة الثابتة (ملغ/لتر)

تنتج كلا الطريقتين نفس النتيجة عندما تكون القياسات دقيقة، حيث أن VSS وFSS هما مكونان تكميليان لـ TSS:

TSS=VSS+FSS\text{TSS} = \text{VSS} + \text{FSS}

كيفية استخدام هذه الحاسبة

  1. أدخل المواد الصلبة المعلقة الكلية (TSS): أدخل قيمة TSS المقاسة لديك بالملغ/لتر.

  2. اختر طريقة الحساب:

    • اختر "باستخدام نسبة VSS" إذا كان لديك بيانات VSS%
    • اختر "باستخدام المواد الصلبة المعلقة الثابتة (FSS)" إذا كان لديك قياسات FSS
  3. أدخل المعامل الإضافي:

    • إذا كنت تستخدم طريقة نسبة VSS: أدخل نسبة VSS (0-100%)
    • إذا كنت تستخدم طريقة FSS: أدخل قيمة FSS بالملغ/لتر
  4. عرض النتائج: ستعرض الحاسبة تلقائيًا قيمة MLVSS المحسوبة بالملغ/لتر.

  5. تصور الصيغة: أسفل النتيجة، سترى الصيغة المستخدمة وخطوات الحساب.

التحقق من صحة المدخلات

تقوم الحاسبة بإجراء التحقق من صحة المدخلات التالية على المدخلات الخاصة بالمستخدم:

  • يجب أن تكون TSS رقمًا إيجابيًا (≥ 0 ملغ/لتر)
  • يجب أن تكون نسبة VSS بين 0 و100%
  • يجب أن تكون FSS رقمًا إيجابيًا (≥ 0 ملغ/لتر)
  • يجب ألا تتجاوز FSS TSS (حيث أن FSS هو مكون من TSS)

إذا فشلت أي من عمليات التحقق، ستظهر رسالة خطأ توجهك لتصحيح المدخلات.

فهم MLVSS في معالجة مياه الصرف الصحي

تمثل MLVSS الجزء العضوي من المواد الصلبة المعلقة في خزان التهوية لعملية الحمأة المنشطة. إنها بمثابة قياس بديل للكتلة الحيوية النشطة (الجراثيم) المسؤولة عن تحلل المواد العضوية والمغذيات في مياه الصرف الصحي.

يتراوح نسبة MLVSS إلى MLSS (المواد الصلبة المعلقة في الخلط) عادةً من 0.65 إلى 0.85 (65-85%) في أنظمة الحمأة المنشطة التقليدية، مع اختلافات تعتمد على خصائص المدخلات، وعمليات المعالجة، وظروف التشغيل.

تعتبر تركيزات MLVSS معيارًا رئيسيًا يُستخدم لحساب:

  • نسبة الغذاء إلى الكائنات الحية (F/M)
  • عمر الحمأة أو زمن الاحتفاظ بالمواد الصلبة (SRT)
  • إنتاج الكتلة الحيوية ومعدلات إنتاج الحمأة
  • الطلب على الأكسجين للمعالجة البيولوجية

حالات الاستخدام

التحكم في العمليات والتحسين

تعتبر مراقبة MLVSS ضرورية للحفاظ على ظروف المعالجة البيولوجية المثلى. يستخدم مشغلو المحطات بيانات MLVSS لـ:

  1. تعديل نسبة F/M: من خلال التحكم في تركيز MLVSS بالنسبة إلى الحمل العضوي الوارد (BOD أو COD)، يمكن للمشغلين الحفاظ على نسبة F/M المطلوبة لتحقيق كفاءة المعالجة المثلى.

  2. إدارة عمر الحمأة: تساعد قياسات MLVSS في تحديد معدل الإهدار المناسب للحفاظ على زمن الاحتفاظ بالمواد الصلبة المستهدف (SRT).

  3. تحسين التهوية: تُعلم مستويات MLVSS حسابات الطلب على الأكسجين، مما يسمح بالتحكم الفعال في التهوية من حيث الطاقة.

  4. مراقبة صحة الكتلة الحيوية: يمكن أن تشير التغيرات المفاجئة في MLVSS أو نسبة MLVSS/MLSS إلى مشاكل في صلاحية الكتلة الحيوية أو تثبيط العملية.

مثال: حساب نسبة F/M

تحسب نسبة الغذاء إلى الكائنات الحية (F/M) على النحو التالي:

F/M Ratio=BOD الوارد (كغ/يوم)MLVSS (كغ)\text{F/M Ratio} = \frac{\text{BOD الوارد (كغ/يوم)}}{\text{MLVSS (كغ)}}

لمحطة معالجة بها:

  • تدفق الوارد = 10,000 م³/يوم
  • BOD الوارد = 250 ملغ/لتر
  • حجم خزان التهوية = 2,000 م³
  • MLVSS = 2,500 ملغ/لتر

ستكون نسبة F/M:

  • الحمل BOD الوارد = 10,000 م³/يوم × 250 ملغ/لتر ÷ 1,000,000 = 2,500 كغ/يوم
  • كتلة MLVSS = 2,000 م³ × 2,500 ملغ/لتر ÷ 1,000,000 = 5,000 كغ
  • نسبة F/M = 2,500 كغ/يوم ÷ 5,000 كغ = 0.5 يوم⁻¹

التطبيقات البحثية والتصميم

يستخدم المهندسون البيئيون والباحثون بيانات MLVSS لـ:

  1. تصميم العمليات: تحديد حجم خزانات التهوية والمستقرات الثانوية بناءً على تركيزات MLVSS المستهدفة.

  2. الدراسات الحركية: تحديد معدلات التحلل البيولوجي ومعلمات نمو الجراثيم.

  3. نمذجة العمليات: معايرة نماذج الحمأة المنشطة لمحاكاة العمليات وتحسينها.

  4. تقييم التكنولوجيا: مقارنة أداء تقنيات المعالجة المختلفة أو استراتيجيات التشغيل.

الامتثال التنظيمي

تدعم مراقبة MLVSS الامتثال للوائح البيئية من خلال:

  1. ضمان المعالجة المناسبة: تساعد مستويات MLVSS المناسبة في تحقيق جودة المياه المخرجة المطلوبة.

  2. توثيق التحكم في العمليات: تُظهر بيانات MLVSS التحكم المناسب في العملية للوكالات التنظيمية.

  3. استكشاف مشاكل الامتثال: يمكن أن تساعد اتجاهات MLVSS في تحديد أسباب مشاكل جودة المياه المخرجة.

بدائل لـ MLVSS

بينما تُستخدم MLVSS على نطاق واسع، يمكن أن توفر معايير أخرى معلومات تكمل أو بديلة حول الكتلة الحيوية في معالجة مياه الصرف الصحي:

  1. ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات): يوفر قياسًا مباشرًا للكتلة الحيوية النشطة من خلال تحديد حوامل الطاقة الخلوية.

  2. تحديد الحمض النووي: يقدم قياسًا دقيقًا للكتلة الحيوية الميكروبية من خلال قياس الأحماض النووية.

  3. التحليل التنفسي: يقيس معدل امتصاص الأكسجين (OUR) لتقييم النشاط البيولوجي مباشرة.

  4. FISH (الهجينة الفلورية في الموقع): يسمح بتحديد وقياس مجموعات ميكروبية معينة.

  5. تجزئة COD: تصف خصائص الفئات القابلة للتحلل المختلفة في الكتلة الحيوية.

قد توفر هذه البدائل معلومات أكثر تحديدًا ولكنها تتطلب عادةً معدات وخبرة أكثر تقدمًا مقارنةً باختبار MLVSS النسبي البسيط.

تاريخ MLVSS في معالجة مياه الصرف الصحي

تطور مفهوم قياس المواد الصلبة المعلقة المتطايرة كمؤشر على النشاط البيولوجي في معالجة مياه الصرف الصحي جنبًا إلى جنب مع تطوير عمليات الحمأة المنشطة:

  1. أوائل القرن العشرين: تم تطوير عملية الحمأة المنشطة في العقد 1910 من قبل أردرن ولوكت في مانشستر، إنجلترا. اعتمد التحكم في العملية في البداية بشكل أساسي على الملاحظات البصرية واختبارات الاستقرار.

  2. السبعينيات-الثمانينيات: مع تحسن فهم العمليات الميكروبية، بدأ الباحثون في التمييز بين الأجزاء العضوية (المتطايرة) وغير العضوية (الثابتة) من المواد الصلبة المعلقة.

  3. الخمسينيات-الستينيات: ظهرت MLVSS كمعيار قياسي لت quantifying الكتلة الحيوية في أنظمة الحمأة المنشطة، مع توحيد الطرق في منشورات مثل "طرق قياسية لفحص المياه ومياه الصرف الصحي".

  4. السبعينيات-الثمانينيات: تمت دراسة العلاقة بين MLVSS وأداء المعالجة بشكل مكثف، مما أدى إلى إرشادات التصميم والتشغيل استنادًا إلى معايير مثل نسبة F/M وSRT.

  5. التسعينيات-الحاضر: أدى الفهم المتقدم لعلم البيئة الميكروبية والتمثيل الغذائي إلى نماذج واستراتيجيات تحكم أكثر تعقيدًا، على الرغم من أن MLVSS لا يزال معيارًا أساسيًا بسبب بساطته وموثوقيته.

اليوم، بينما توجد تقنيات أكثر تقدمًا لتوصيف الكتلة الحيوية، تظل MLVSS مستخدمة على نطاق واسع في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي بسبب عمليتها، والارتباطات الراسخة مع الأداء، وإجراءات التحليل النسبي البسيطة.

أمثلة على الشيفرات لحساب MLVSS

إليك أمثلة على كيفية حساب MLVSS باستخدام لغات برمجة مختلفة:

1' صيغة Excel لحساب MLVSS باستخدام نسبة VSS
2Function MLVSS_from_VSS_Percentage(TSS As Double, VSS_Percentage As Double) As Double
3    ' تحقق من صحة المدخلات
4    If TSS < 0 Or VSS_Percentage < 0 Or VSS_Percentage > 100 Then
5        MLVSS_from_VSS_Percentage = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    ' حساب MLVSS
10    MLVSS_from_VSS_Percentage = TSS * (VSS_Percentage / 100)
11End Function
12
13' صيغة Excel لحساب MLVSS باستخدام FSS
14Function MLVSS_from_FSS(TSS As Double, FSS As Double) As Double
15    ' تحقق من صحة المدخلات
16    If TSS < 0 Or FSS < 0 Or FSS > TSS Then
17        MLVSS_from_FSS = CVErr(xlErrValue)
18        Exit Function
19    End If
20    
21    ' حساب MLVSS
22    MLVSS_from_FSS = TSS - FSS
23End Function
24

أمثلة عملية

المثال 1: باستخدام طريقة نسبة VSS

يقوم مشغل محطة معالجة مياه الصرف الصحي بقياس ما يلي:

  • TSS في خزان التهوية = 3,500 ملغ/لتر
  • نسبة VSS = 75%

باستخدام طريقة نسبة VSS: MLVSS = 3,500 ملغ/لتر × (75% ÷ 100) = 2,625 ملغ/لتر

المثال 2: باستخدام طريقة FSS

يقوم نفس المشغل بقياس:

  • TSS في خزان التهوية = 3,500 ملغ/لتر
  • FSS في خزان التهوية = 875 ملغ/لتر

باستخدام طريقة FSS: MLVSS = 3,500 ملغ/لتر - 875 ملغ/لتر = 2,625 ملغ/لتر

المثال 3: استكشاف نسبة MLVSS/MLSS المنخفضة

لاحظ مشغل أن نسبة MLVSS/MLSS قد انخفضت من 0.75 إلى 0.60 على مدار الشهر الماضي:

  • TSS الحالية = 3,200 ملغ/لتر
  • نسبة VSS الحالية = 60%
  • MLVSS الحالية = 1,920 ملغ/لتر

يمكن أن يشير هذا الانخفاض إلى:

  • زيادة المواد الصلبة غير العضوية من التصريف الصناعي
  • تراكم المواد الصلبة غير القابلة للتحلل بسبب الإهدار غير الكافي
  • انخفاض النشاط البيولوجي بسبب السمية

يجب على المشغل التحقيق في السبب وضبط العملية وفقًا لذلك.

الأسئلة الشائعة

ما هو MLVSS ولماذا هو مهم؟

MLVSS (المواد الصلبة المعلقة المتطايرة في الخلط) تمثل الجزء العضوي من المواد الصلبة المعلقة في عملية الحمأة المنشطة. إنه مهم لأنه يعمل كمؤشر على الكتلة الحيوية النشطة (الجراثيم) المسؤولة عن معالجة مياه الصرف الصحي. تساعد مراقبة MLVSS في تحسين كفاءة المعالجة، والتحكم في إنتاج الحمأة، وضمان إزالة المغذيات البيولوجية بشكل صحيح.

ما الفرق بين MLSS وMLVSS؟

MLSS (المواد الصلبة المعلقة في الخلط) تقيس التركيز الكلي للمواد الصلبة المعلقة في خزان التهوية، بما في ذلك المواد العضوية (المتطايرة) وغير العضوية (الثابتة). MLVSS تقيس فقط الجزء المتطاير (العضوي) من MLSS، مما يمثل بشكل أفضل الكتلة الحيوية النشطة. العلاقة هي: MLSS = MLVSS + MLFSS (المواد الصلبة المعلقة الثابتة في الخلط).

ما هي نسبة MLVSS/MLSS النموذجية؟

في أنظمة الحمأة المنشطة التقليدية، تتراوح نسبة MLVSS/MLSS عادةً من 0.65 إلى 0.85 (65-85%). قد تشير النسب المنخفضة إلى محتوى غير عضوي مرتفع أو تراكم للمواد الصلبة غير القابلة للتحلل، بينما تشير النسب العالية إلى وجود كتلة حيوية عضوية بشكل أساسي. تختلف النسبة بناءً على خصائص المدخلات، وعملية المعالجة، وظروف التشغيل.

كيف يتم قياس MLVSS في المختبر؟

يتم قياس MLVSS من خلال عملية من خطوتين:

  1. يتم تصفية عينة عبر فلتر من الألياف الزجاجية، وتجفيفها عند 103-105 درجة مئوية، ووزنها لتحديد MLSS.
  2. يتم بعد ذلك إشعال نفس الفلتر عند 550 درجة مئوية في فرن مفلتر، مما يحرق المواد العضوية، وإعادة وزنها.
  3. يمثل فقدان الوزن أثناء الاحتراق الجزء المتطاير (MLVSS).

تُعتبر هذه العملية موحدة في طرق مثل طرق قياسية 2540E أو طريقة EPA 160.4.

ما هي تركيزات MLVSS التي يجب الحفاظ عليها في عملية الحمأة المنشطة؟

تختلف تركيزات MLVSS المثلى حسب نوع العملية:

  • الحمأة المنشطة التقليدية: 1,500-3,500 ملغ/لتر
  • التهوية الممتدة: 2,000-5,000 ملغ/لتر
  • مفاعلات الأغشية (MBR): 8,000-12,000 ملغ/لتر
  • المفاعلات المتسلسلة (SBR): 2,000-4,000 ملغ/لتر

تعتمد التركيزات المناسبة على معايير التصميم، وأهداف المعالجة، وظروف التشغيل.

كيف يؤثر MLVSS على نسبة F/M؟

MLVSS هو المقام في حساب نسبة الغذاء إلى الكائنات الحية (F/M):

نسبة F/M = الحمل BOD الوارد (كغ/يوم) ÷ MLVSS في النظام (كغ)

تؤدي تركيزات MLVSS الأعلى إلى انخفاض نسب F/M، مما يعزز التنفس الذاتي ويؤدي إلى استقرار الحمأة بشكل أفضل. بينما تؤدي تركيزات MLVSS المنخفضة إلى زيادة نسب F/M، مما يمكن أن يتسبب في نمو خيطي واستقرار ضعيف إذا كانت مرتفعة جدًا.

ما الذي يسبب انخفاض MLVSS في نظام الحمأة المنشطة؟

يمكن أن تؤدي الانخفاضات في MLVSS إلى:

  • إهدار الحمأة المفرط
  • التأثيرات السامة للمدخلات القاتلة للكتلة الحيوية
  • التحلل الذاتي الذي يتجاوز النمو خلال فترات التحميل المنخفضة
  • الغسل الهيدروليكي خلال أحداث التدفق العالي
  • زيادة المحتوى غير العضوي في المدخلات
  • نقص المغذيات الذي يحد من النمو البيولوجي

هل يمكن أن يكون MLVSS مرتفعًا جدًا؟

نعم، يمكن أن يؤدي MLVSS المرتفع بشكل مفرط إلى مشاكل تشمل:

  • زيادة الطلب على الأكسجين وتكاليف التهوية
  • استقرار ضعيف في المستقرات الثانوية
  • زيادة إنتاج الحمأة وتكاليف التخلص
  • انخفاض كفاءة المعالجة بسبب قيود الانتشار
  • إمكانية حدوث ظروف لاهوائية في داخل الكتلة الحيوية

كم من الوقت يجب قياس MLVSS بعد أخذ العينة؟

يجب أن تبدأ تحليل MLVSS في غضون ساعتين من أخذ العينة لتجنب التغيرات بسبب النشاط البيولوجي. إذا لم يكن من الممكن التحليل الفوري، يجب تبريد العينات عند 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة. لتخزين أطول، يجب الحفاظ على العينات بحمض الكبريتيك إلى pH < 2 وتبريدها، على الرغم من أن هذا ليس مثاليًا لتحديد MLVSS.

كيف يؤثر درجة الحرارة على MLVSS؟

تؤثر درجة الحرارة على MLVSS بعدة طرق:

  • تزيد درجات الحرارة المرتفعة من معدلات نمو الميكروبات، مما قد يزيد من MLVSS
  • تزيد درجات الحرارة المرتفعة أيضًا من معدلات التحلل الذاتي
  • يمكن أن تؤدي التغيرات الموسمية في درجة الحرارة إلى تغيير تكوين المجتمع الميكروبي
  • تؤثر درجة الحرارة على ذوبانية الأكسجين، مما يمكن أن يؤثر بشكل غير مباشر على MLVSS

غالبًا ما يحتاج المشغلون إلى تعديل معدلات الإهدار موسميًا للحفاظ على تركيزات MLVSS المستهدفة.

المراجع

  1. اتحاد مياه الصرف الصحي. (2018). تشغيل مرافق استعادة موارد المياه، الطبعة السابعة. ماكغرو هيل للتعليم.

  2. متكاليف وإيدي، إنك. (2014). هندسة معالجة مياه الصرف الصحي: المعالجة واستعادة الموارد، الطبعة الخامسة. ماكغرو هيل للتعليم.

  3. الجمعية الأمريكية للصحة العامة، جمعية مياه الشرب الأمريكية، & اتحاد مياه الصرف الصحي. (2017). طرق قياسية لفحص المياه ومياه الصرف الصحي، الطبعة الثالثة والعشرون.

  4. جينكينز، د.، ريتشارد، م. ج.، & داجير، ج. ت. (2003). دليل حول أسباب ومراقبة تكتل الحمأة، الرغوة، ومشاكل فصل المواد الصلبة الأخرى، الطبعة الثالثة. مطبعة CRC.

  5. وكالة حماية البيئة الأمريكية. (2021). ورقة حقائق تكنولوجيا مياه الصرف الصحي: عملية الحمأة المنشطة. EPA 832-F-00-016.

  6. غريدي، سي. بي. إل.، داجير، ج. ت.، لوف، ن. غ.، & فيليبي، سي. د. م. (2011). معالجة مياه الصرف البيولوجية، الطبعة الثالثة. مطبعة CRC.

  7. مؤسسة بحوث مياه الصرف الصحي. (2003). طرق لتوصيف مياه الصرف الصحي في نمذجة الحمأة المنشطة. تقرير WERF 99-WWF-3.

  8. هينزه، م.، فان لوسدريخت، م. سي. م.، إيكاما، ج. أ.، & برجانوفيتش، د. (2008). معالجة مياه الصرف البيولوجية: المبادئ والنمذجة والتصميم. نشر IWA.

جرّب حاسبة MLVSS الخاصة بنا اليوم لتحسين مراقبة وتحكم عمليات معالجة مياه الصرف الصحي لديك!